(57)【要約】 【課題】ガイド層の位置及び大きさの精度を高め、所望の自己組織化相を形成する。【解決手段】本実施形態によれば、パターン形成方法は、所定パターンの金属層及び絶縁層上に、光照射により表面状態が変化する下地層を形成する工程と、前記下地層の所定領域に光を照射し、前記所定領域のうち前記金属層の上方部分の表面状態を変化させる工程と、前記光の照射後、前記下地層の上にブロックポリマー層を形成する工程と、前記所定領域の下地層の上方の前記ブロックポリマー層において、第１ポリマー部及び第２ポリマー部を含み、前記第１ポリマー部が光照射により表面状態が変化した前記下地層の上方に位置している自己組織化相を形成する工程と、前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去してホール部を形成する工程と、前記ホール部に導電膜を埋め込む工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定パターンの金属層及び絶縁層上に、光照射により表面状態が変化する下地層を形成する工程と、
前記下地層の所定領域に光を照射し、前記所定領域のうち前記金属層の上方部分の表面状態を変化させる工程と、
前記光の照射後、前記下地層の上にブロックポリマー層を形成する工程と、
前記所定領域の下地層の上方の前記ブロックポリマー層において、第１ポリマー部及び第２ポリマー部を含み、前記第１ポリマー部が光照射により表面状態が変化した前記下地層の上方に位置している自己組織化相を形成する工程と、
前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去してホール部を形成する工程と、
前記ホール部に導電膜を埋め込む工程と、
を備え、
前記金属層はラインアンドスペースパターンをなす金属配線であり、
前記第１ポリマー部はシリンダー形状を有し、
前記第２ポリマー部は前記第１ポリマー部を取り囲むように設けられた絶縁材料からなり、
前記第２ポリマー部を残存させつつ、前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去して前記ホール部を形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
所定パターンの金属層及び絶縁層上に、光照射により表面状態が変化する下地層を形成する工程と、
前記下地層の所定領域に光を照射し、前記所定領域のうち前記金属層の上方部分の表面状態を変化させる工程と、
前記光の照射後、前記下地層の上にブロックポリマー層を形成する工程と、
前記所定領域の下地層の上方の前記ブロックポリマー層において、第１ポリマー部及び第２ポリマー部を含み、前記第１ポリマー部が光照射により表面状態が変化した前記下地層の上方に位置している自己組織化相を形成する工程と、
前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去してホール部を形成する工程と、
前記ホール部に導電膜を埋め込む工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２ポリマー部を残存させつつ、前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去して前記ホール部を形成することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第２ポリマー部は絶縁材料からなることを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記自己組織化相を形成する工程の後、前記ホール部を形成する工程の前に、
前記第１ポリマー部を残存させつつ、光が照射されていない前記下地層、光が照射されていない前記下地層上の前記ブロックポリマー、前記第２ポリマー部、及び前記第２ポリマー部の下方の前記下地層を除去する工程と、
前記第１ポリマー部を囲むように第２絶縁層を形成する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記金属層はラインアンドスペースパターンをなす金属配線であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記第１ポリマー部はシリンダー形状を有し、前記第２ポリマー部は前記第１ポリマー部を取り囲むように設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項８】
所定パターンの金属層及び第１絶縁層上に、第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層上に、光照射により表面状態が変化する下地層を形成する工程と、
前記下地層の所定領域に光を照射し、前記所定領域のうち前記金属層の上方部分の表面状態を変化させる工程と、
前記光の照射後、前記下地層の上にブロックポリマー層を形成する工程と、
前記所定領域の下地層の上方の前記ブロックポリマー層において、第１ポリマー部及び第２ポリマー部を含み、前記第１ポリマー部が光照射により表面状態が変化した前記下地層の上方に位置している自己組織化相を形成する工程と、
前記第１ポリマー部を除去してホールパターンを形成する工程と、
前記ホールパターンが形成された前記ブロックポリマー層をマスクとして前記下地層及び前記第２絶縁層を加工し、前記第２絶縁層にホールパターンを転写する工程と、
前記第２絶縁層の加工後、前記ブロックポリマー層及び前記下地層を除去する工程と、
前記第２絶縁層のホールパターンに導電膜を埋め込む工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項９】
所定パターンの金属層及び第１絶縁層上に、第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層上にレジスト膜を形成する工程と、
露光処理及び現像処理により、前記レジスト膜の所定領域において、前記金属層の上方に位置する前記レジスト膜を除去して第１ホールパターンを形成する工程と、
前記第１ホールパターン内にブロックポリマー層を形成する工程と、
前記ブロックポリマー層において、シリンダー構造の第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部を取り囲む第２ポリマー部を形成する工程と、
前記第１ポリマー部を除去して第２ホールパターンを形成する工程と、
前記レジスト膜及び前記第２ホールパターンが形成された前記ブロックポリマー層をマスクとして前記第２絶縁層を加工し、前記第２絶縁層に第３ホールパターンを形成する工程と、
前記第２絶縁層の加工後、前記レジスト膜及び前記ブロックポリマー層を除去する工程と、
前記第２絶縁層の前記第３ホールパターンに導電膜を埋め込む工程と、
を備えるパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程中のリソグラフィ技術として、ＡｒＦ液浸露光によるダブルパターニング技術、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント等が知られている。従来のリソグラフィ技術は、パターンの微細化に伴い、コストの増加、位置合わせ精度の低下、スループットの低下など、様々な問題を含んでいた。
【０００３】
このような状況下で、リソグラフィ技術への自己組織化（DSA: Directed Self-assembly）現象の適用が期待されている。自己組織化相は、エネルギー安定という自発的な挙動によって発生することから、寸法精度の高いパターンを形成できる。特に、高分子ブロック共重合体のミクロ相分離を利用する技術は、簡便な塗布とアニールプロセスで、数〜数百ｎｍの種々の形状の周期構造を形成できる。高分子ブロック共重合体のブロックの組成比によって球状、柱状、層状等にミクロドメインの構造を変え、分子量によってサイズを変えることにより、様々な寸法のホール、ピラー、ラインパターンを形成することができる。
【０００４】
ＤＳＡを用いて所望のパターンを広範囲に形成するためには、自己組織化相の発生位置を制御するガイド層を設ける必要がある。ガイド層としては、凹凸構造を有し、凹部にミクロ相分離パターンを形成する物理ガイド層（grapho-epitaxy）と、ＤＳＡ材料の下層に形成され、その表面状態に基づいてミクロ相分離パターンの形成位置を制御する化学ガイド層（chemical-epitaxy）とが知られている。
【０００５】
しかし、ガイド層の形成位置や大きさが所望の位置やサイズからずれると、自己組織化相の発生位置がずれたり、自己組織化相が形成されなかったりして、所望のパターンが得られないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ガイド層の位置及び大きさの精度を高め、所望の自己組織化相を形成することができるパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、パターン形成方法は、所定パターンの金属層及び絶縁層上に、光照射により表面状態が変化する下地層を形成する工程と、前記下地層の所定領域に光を照射し、前記所定領域のうち前記金属層の上方部分の表面状態を変化させる工程と、前記光の照射後、前記下地層の上にブロックポリマー層を形成する工程と、前記所定領域の下地層の上方の前記ブロックポリマー層において、第１ポリマー部及び第２ポリマー部を含み、前記第１ポリマー部が光照射により表面状態が変化した前記下地層の上方に位置している自己組織化相を形成する工程と、前記第１ポリマー部及び前記第１ポリマー部の下方の前記下地層を除去してホール部を形成する工程と、前記ホール部に導電膜を埋め込む工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図２】図１に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３】図２に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４】図３に続く工程断面図及び斜視図である。
【図５】図４に続く工程断面図及び斜視図である。
【図６】図５に続く工程断面図及び斜視図である。
【図７】図６に続く工程断面図及び斜視図である。
【図８】図７に続く工程断面図及び斜視図である。
【図９】図８に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１０】図９に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１１】第２の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図１２】図１１に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１３】図１２に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１４】図１３に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１５】図１４に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１６】第３の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図１７】図１６に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１８】図１７に続く工程断面図及び斜視図である。
【図１９】図１８に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２０】図１９に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２１】図２０に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２２】第４の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図２３】図２２に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２４】図２３に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２５】図２４に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２６】図２５に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２７】第５の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図２８】図２７に続く工程断面図及び斜視図である。
【図２９】図２８に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３０】図２９に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３１】図３０に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３２】図３１に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３３】図３２に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３４】図３３に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３５】図３４に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３６】第６の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図３７】図３６に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３８】図３７に続く工程断面図及び斜視図である。
【図３９】図３８に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４０】図３９に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４１】第７の実施形態によるパターン形成方法を説明する工程断面図及び斜視図である。
【図４２】図４１に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４３】図４２に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４４】図４３に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４５】図４４に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４６】図４５に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４７】図４６に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４８】図４７に続く工程断面図及び斜視図である。
【図４９】図４８に続く工程断面図及び斜視図である。
【図５０】図４９に続く工程断面図及び斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）第１の実施形態によるパターン形成方法を図１〜図１０を用いて説明する。各図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１２】
まず、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体基板１０１上に複数の配線層１０２を形成する。配線層１０２は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン、又はこれらの合金を有する金属層である。配線層１０２は所定方向（図１（ｂ）の上下方向）に沿ったラインアンドスペースパターンをなしており、スペース部（配線層１０２の間の部分）には絶縁層１０３が形成されている。絶縁層１０３は例えばＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。また、絶縁層１０３に塗布型ＳＯＧ（Spin on Glass）を用いることができる。
【００１３】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層１０２及び絶縁層１０３上に、下地層１０４を形成する。下地層１０４は、後の工程で形成されるブロックポリマーの下地となる。下地層１０４は、所定波長の光が照射された領域の表面状態が変化する。例えば、下地層１０４は、光照射前は疎水性を有しており、光が照射された領域は親水性に変化する。下地層１０４としては、例えば、自己組織化単分子膜層とポリマー層の積層膜を使用することができる。具体例としては、自己組織化単分子膜層は、ベンゾフェノン骨格を含むシランカップリング剤である。ポリマーには、（メタ）アクリル樹脂誘導体が使用できる。自己組織化単分子膜層とポリマーの積層構造を形成した後に所望領域に光を照射し、ポリマーが溶解する溶剤等によってポリマーを除去する。光の照射により、ベンゾフェノン構造と接触するポリマーとの架橋が生じるため、光照射部の表面はポリマーに由来する状態となる。ポリマーとして、（メタ）アクリル樹脂などの親水樹脂を用いることで、光照射部を親水状態とすることが可能である。ポリマー膜の形成方法としては、ポリマーと、ポリマーが溶解する溶媒からなる溶液の塗布がある。ポリマーが（メタ）アクリル樹脂である場合には、ポリマーを溶解する溶媒として、芳香族炭化水素類、シクロアルカン類、アルキルアルコール類、アルキルエステル類、アルキルケトン類などを用いることができる。また、ポリマー膜を除去するための溶媒は、塗布溶液の溶媒と同種のものを用いればよい。
【００１４】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、遮光マスク（図示せず）を用いて下地層１０４の所定領域Ｒ１を露光する。照射する光は、下地層１０４が感光する波長の光であり、例えば、ＵＶからＤＵＶ波長（３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ等）の光である。所定領域Ｒ１は、配線層１０２に対するコンタクトを形成する領域に対応している。
【００１５】
配線層１０２のピッチｐが露光波長λの１／２以上（ｐ≧λ／２）である場合、下地層１０４の感光率にコントラストが生じる。下地層１０４に照射された光は、下地層１０４の下の配線層１０２及び絶縁層１０３で反射する。配線層１０２における光の反射率は、絶縁層１０３における光の反射率よりも高い。そのため、所定領域Ｒ１内の下地層１０４のうち、配線層１０２の上方部分１０４ａの方が、絶縁層１０３の上方部分１０４ｂよりも感光率が高くなる。従って、所定領域Ｒ１の露光により、下地層１０４は、所定領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａの表面状態が大きく変化し、所定領域Ｒ１内における絶縁層１０３の上方部分１０４ｂ及び未露光部（所定領域Ｒ１以外の部分）１０４ｃは表面状態の変化が小さいか又は表面状態が変化しない。
【００１６】
例えば、下地層１０４が、光照射前は疎水性を示し、光が照射されて感光率が高まると親水性に変化するという特性を有している場合、所定領域Ｒ１の露光により、所定領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａが親水性に変化し、所定領域Ｒ１内における絶縁層１０３の上方部分１０４ｂ及び未露光部１０４ｃは疎水性のままとなる。
【００１７】
また、配線層１０２が延びる方向に直交する方向にＴＭ偏光性を有する光を照射した場合、配線層１０２の上方部分にエバネッセント光（近接場光）が発生し、このエバネッセント光により所定領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａの感光率が高まる。例えば、露光波長が１９３ｎｍ、配線層１０２のピッチが２０ｎｍ未満の場合、配線層１０２のエッジからの近接場が結合し、エバネッセント光が発生する。露光波長λ、投影光学系の開口数ＮＡ、形成されるパターンのハーフピッチｈｐには、ｈｐ≧０．２５λ／ＮＡという関係がなり立つ。通常の投影露光では、ハーフピッチの１／４が解像限界であるが、エバネッセント光ではより微細なパターンを形成できる。
【００１８】
このように、図３（ａ）〜（ｃ）に示す工程では、下地層１０４のうち、露光領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａのみ表面状態を変化させる。露光処理後の下地層１０４は、後の工程で形成されるブロックポリマーがミクロ相分離する際に、ミクロ相分離パターンの形成位置を制御する化学ガイド層としての機能を有する。
【００１９】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、下地層１０４上に、ブロックポリマーを塗布してブロックポリマー層１０５を形成する。塗布するブロックポリマーは、例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを用いる。ジブロックコポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用することができる。
【００２０】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブロックポリマー層１０５において、ミクロ相分離による自己組織化相１０６を形成する。自己組織化相１０６は、第１ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第１ポリマー部１０６ａと第２ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第２ポリマー部１０６ｂとが交互に配置されたラメラ状となる。このラメラ状の自己組織化相１０６は、露光により表面状態が変化した部分１０４ａと、表面状態が変化していない部分とを有する下地層１０４が化学ガイド層となることにより形成される。
【００２１】
自己組織化相１０６は、所定領域Ｒ１の下地層１０４の上方に形成される。また、自己組織化相１０６は、下地層１０４の所定領域Ｒ１上方を起点とし、図５（ｂ）の左右方向に拡がる周期構造となる。また、化学ガイド層のない領域（図５（ｂ）の上端部及び下端部）では、ミクロ相分離が発生せず、自己組織化相１０６は形成されず、無秩序化相のままである。
【００２２】
なお、図４（ａ）〜（ｃ）に示す工程で塗布されるジブロックコポリマーの第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の平均分子量は、第１ポリマー部１０６ａが下地層１０４のうち露光により表面状態が変化した部分１０４ａの上に形成されるような値になっているものとする。また、第１ポリマー部１０６ａが第２ポリマー部１０６ｂよりもエッチング耐性が低くなるようにする。
【００２３】
例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用した場合、１５０℃〜２００℃で３０秒〜３０分加熱を行うことにより、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む薄板状の第１ポリマー部１０６ａと、ポリスチレン（ＰＳ）を含む薄板状の第２ポリマー部１０６ｂとが交互に配置されたラメラ状の自己組織化相１０６が形成される。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は親水性の膜との親和性が高いため、下地層１０４のうち露光により表面状態が変化した部分１０４ａの上に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む薄板状の第１ポリマー部１０６ａが形成される。  
次に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ポリマー部１０６ｂ及びブロックポリマー層（無秩序化相）１０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１０６ａの除去後、第１ポリマー部１０６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するホール部１０７が形成される。
【００２４】
例えば、酸素プラズマによるドライエッチングは、ポリスチレン（ＰＳ）よりポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の選択比（エッチングレート）が高いため、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去できる。また、ＥＢ照射、ＶＵＶ照射、酢酸ブチル等の溶媒による有機現像処理などでも、第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去することができる。
【００２５】
次に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１０７を埋め込むように導電膜１０８を形成する。導電膜１０８は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００２６】
次に、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁膜１０３上方に形成された、ホール部１０７以外の導電膜１０８を除去する。例えば、リフトオフによって、ホール部１０７以外の導電膜１０８を除去できる。ホール部１０７に埋め込まれた導電膜１０８は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。
【００２７】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、導電膜１０８を残存させつつ、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地層１０４を除去する。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地層１０４を除去することができる。これにより、配線層１０２、絶縁層１０３、及び導電膜１０８の表面が露出される。
【００２８】
次に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層１０２、絶縁層１０３、及び導電膜１０８を覆うように絶縁層１０９を形成し、その後、導電膜１０８の上面を露出させる。絶縁層１０９には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００２９】
本実施形態では、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光及び／又はエバネッセント光を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、所望の自己組織化相１０６を形成できる。また、ピッチの狭い微細配線に対しても、位置及び大きさの精度の高いコンタクトを形成できる。
【００３０】
上記第１の実施形態において、ブロックポリマー層１０５の材料として、薄板状の有機相と絶縁相とが交互に配置されるような自己組織化相１０６が形成される材料を用いてもよい。有機相が第１ポリマー部１０６ａに対応し、絶縁相が第２ポリマー部１０６ｂに対応する。例えば、ＰＳ−ＰＤＭＳジブロックコポリマーとＰＤＭＳポリマーとの混合物、ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーとＰＥＯポリマーとの混合物など、有機のブロックポリマーと、シロキサン構造などからなるシリコンを含むブロックポリマーとから構成される材料を用いることができる。自己組織化相のうち、シリコンを含む相が絶縁性を示す。また、ミクロ相分離が起きない無秩序相も絶縁性を示す。有機相であるＰＳ相は、ＰＥＯやＰＤＭＳと比較して、エッチング耐性が低い。
【００３１】
ブロックポリマー層１０５にこのような材料を用いることで、導電膜１０８の埋め込み後、ブロックポリマー層１０５の除去及び絶縁層１０９の形成を行う必要がない。従って、図９及び図１０に対応する工程を省略することができ、工程数を削減できる。
【００３２】
（第２の実施形態）上記第１の実施形態では、下地層１０４のうち露光により表面状態が変化した部分１０４ａの上に形成される第１ポリマー部１０６ａがエッチング耐性の低いものであったが、第１ポリマー部１０６ａが、第２ポリマー部１０６ｂ及びミクロ相分離が起きていないブロックポリマー層（無秩序化相）１０５よりもエッチング耐性の高いものであってもよい。
【００３３】
例えば、ブロックポリマーとして、上記第１の実施形態と同様にＰＳ−ＰＭＭＡを用いる場合には、露光部の下地膜の状態を変えることで、下地膜の露光部に形成されるミクロ相分離相を変えることができる。ベンゾフェノン骨格を含む単分子自己組織化膜上に形成するポリマー膜として、ポリスチレン膜を用いることができる。ベンゾフェノン骨格を含む単分子自己組織化相上に、ポリスチレンとそれを溶解する溶媒からなる溶液を塗布し、ポリスチレン膜を形成する。所定領域を露光することで、ベンゾフェノン構造とポリスチレンが重合する。次に、ポリスチレンを溶解する溶液で処理することで、露光部以外のポリスチレンが除去される。続いて、露光部にブロックコポリマーと表面状態が近いポリマーが残るように下地膜を形成することで、表面状態が変化した下地層１０４ａの上に高エッチング耐性の第１ポリマー部１０６ａが位置する自己組織化相１０６を形成できる。
【００３４】
本実施形態によるパターン形成方法を図１１〜図１５を用いて説明する。図１１〜図１５において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３５】
自己組織化相１０６を形成する工程までは、上記第１の実施形態（図１〜図５参照）と同様であるため、説明を省略する。
【００３６】
自己組織化相１０６の形成後、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１ポリマー部１０６ａを残存させつつ、第２ポリマー部１０６ｂ、ブロックポリマー層１０５、及びこれらの下方に位置する下地層１０４を除去する。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地層１０４を除去することができる。これにより、配線層１０２、絶縁層１０３、及び第１ポリマー部１０６ａの表面が露出される。
【００３７】
次に、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層１０２、絶縁層１０３、及び第１ポリマー部１０６ａを覆うように絶縁層１１１を形成し、その後、第１ポリマー部１０６ａの上面を露出させる。絶縁層１１１には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００３８】
次に、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁層１１１を残存させつつ、第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１０６ａの除去後、第１ポリマー部１０６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するホール部１１２が形成される。第１ポリマー部１０６ａは、例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより除去することができる。
【００３９】
次に、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１１２を埋め込むように導電膜１１３を形成する。導電膜１１３は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００４０】
次に、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１１２以外の導電膜１１３を除去する。例えば、絶縁層１１１をストッパとしたＣＭＰ（化学的機械研磨）処理によって、ホール部１１２以外の導電膜１１３を除去できる。ホール部１１２に埋め込まれた導電膜１１３は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。
【００４１】
本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光及び／又はエバネッセント光を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、所望の自己組織化相１０６を形成し、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトを得ることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）上記第１の実施形態では、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離により、ラメラ状の自己組織化相１０６を形成していたが、シリンダー状の自己組織化相が形成されてもよい。自己組織化相の周期構造の形状は、ジブロックコポリマーに含まれる第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の組成比を変えることなどにより、変更することができる。
【００４３】
本実施形態によるパターン形成方法を図１６〜図２１を用いて説明する。図１６〜図２１において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００４４】
ブロックポリマー層１０５を形成する工程までは、上記第１の実施形態（図１〜図４参照）と同様であるため、説明を省略する。
【００４５】
ブロックポリマー層１０５の形成後、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、加熱処理等を行って、ブロックポリマー層１０５において、ミクロ相分離による自己組織化相１１６を形成する。自己組織化相１１６は、第１ポリマーブロック鎖を含むシリンダー状の第１ポリマー部１１６ａと第２ポリマーブロック鎖を含み、第１ポリマー部１１６ａを取り囲むように形成された第２ポリマー部１１６ｂとを有している。この自己組織化相１１６は、露光により表面状態が変化した部分１０４ａが化学ガイド層となることにより形成される。自己組織化相１１６は、所定領域Ｒ１の下地層１０４のうち、露光により表面状態が変化した下地層１０４ａの上に形成される。また、化学ガイド層のない領域（表面状態が変化していない下地層１０４の上方領域）では、ミクロ相分離が発生せず、自己組織化相１１６は形成されない。なお、第１ポリマー部１１６ａは、第２ポリマー部１１６ｂ及びミクロ相分離が起きていないブロックポリマー層（無秩序化相）１０５よりもエッチング耐性が低いものであるとする。
【００４６】
本実施形態では、シリンダー状の第１ポリマー部１１６ａの数を２つにしているが、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【００４７】
次に、図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ポリマー部１１６ｂ及びブロックポリマー層１０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部１１６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１１６ａの除去後、第１ポリマー部１１６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するシリンダー状のホール部１１７が形成される。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングを用いて、第１ポリマー部１１６ａを選択的に除去できる。
【００４８】
次に、図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１１７を埋め込むように導電膜１１８を形成する。導電膜１１８は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００４９】
次に、図１９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１１７以外の導電膜１１８を除去する。例えば、リフトオフによって、ホール部１１７以外の導電膜１１８を除去できる。ホール部１１７に埋め込まれた導電膜１１８は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。
【００５０】
次に、図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、導電膜１１８を残存させつつ、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１１６ｂ、及び下地層１０４を除去する。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１１６ｂ、及び下地層１０４を除去することができる。これにより、配線層１０２、絶縁層１０３、及び導電膜１１８の表面が露出される。
【００５１】
次に、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層１０２、絶縁層１０３、及び導電膜１１８を覆うように絶縁層１１９を形成し、その後、導電膜１１８の上面を露出させる。絶縁層１１９には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００５２】
本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光及び／又はエバネッセント光を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、自己組織化相１１６を所望の位置に形成できる。このことにより、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトが得られる。
【００５３】
上記第３の実施形態において、ブロックポリマー層１０５の材料として、シリンダー状の有機相と有機相を取り囲む絶縁相とを有するような自己組織化相１１６が形成される材料を用いてもよい。例えば、ＰＳ−ＰＤＭＳジブロックコポリマーとＰＤＭＳポリマーとの混合物、ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーとＰＥＯポリマーとの混合物など、有機のブロックポリマーと、シロキサン構造などからなるシリコンを含むブロックポリマーとから構成される材料を用いることができる。自己組織化相のうち、シリコンを含む相が絶縁性を示す。また、ミクロ相分離が起きない無秩序相も絶縁性を示す。上述の材料では、ＰＳ相がシリンダー相を形成することから、ＰＤＭＳあるいはＰＥＯのブロックポリマー（およびポリマー添加物）の方が、ＰＳブロックポリマーよりもモノマ数が多い材料とする。有機相であるＰＳ相は、ＰＥＯやＰＤＭＳと比較して、エッチング耐性が低い。
【００５４】
ブロックポリマー層１０５にこのような材料を用いることで、導電膜１１８の埋め込み後、ブロックポリマー層１０５の除去及び絶縁層１１９の形成を行う必要がない。従って、図２０及び図２１に対応する工程を省略することができ、工程数を削減できる。
【００５５】
また、上記第３の実施形態において、ブロックポリマー層１０５の材料として、自己組織化相１１６のシリンダー状の第１ポリマー部１１６ａが導電相となる材料を使用してもよい。ブロックポリマー層１０５の形成前に、所定領域Ｒ１の下地層１０４のうち、露光により表面状態が変化した部分１０４ａを除去して配線層２０２の上面を露出させておくことで、第１ポリマー部１１６ａが配線層２０２に対するコンタクトとなる。この場合、自己組織化相１１６の形成後、第１ポリマー部（導電相）１１６ａを残存させつつ、第２ポリマー部１１６ｂ及びブロックポリマー層１０５を除去し、その後、第１ポリマー部（導電相）１１６ａを囲むように配線層１０２及び絶縁層１０３上に絶縁層を形成する。ブロックポリマー層１０５にこのような材料を用いることで、ホール部の形成及びホール部への導電膜の埋め込みを行わずに配線層１０２へのコンタクトを形成できるため、工程数を削減できる。
【００５６】
（第４の実施形態）上記第３の実施形態では、シリンダー状の第１ポリマー部１１６ａがエッチング耐性の低いものであったが、第１ポリマー部１１６ａが、第２ポリマー部１１６ｂ及びミクロ相分離が起きていないブロックポリマー層１０５よりもエッチング耐性の高いものであってもよい。
【００５７】
本実施形態によるパターン形成方法を図２２〜図２６を用いて説明する。図２２〜図２６において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００５８】
自己組織化相１１６を形成する工程までは、上記第１、第３の実施形態（図１〜図５、図１６参照）と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
自己組織化相１１６の形成後、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１ポリマー部１１６ａを残存させつつ、第２ポリマー部１１６ｂ、ブロックポリマー層１０５、及びこれらの下方に位置する下地層１０４を除去する。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１１６ｂ、及び下地層１０４を除去することができる。これにより、配線層１０２、絶縁層１０３、及び第１ポリマー部１１６ａの表面が露出される。
【００６０】
次に、図２３（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層１０２、絶縁層１０３、及び第１ポリマー部１１６ａを覆うように絶縁層１２１を形成し、その後、第１ポリマー部１１６ａの上面を露出させる。絶縁層１２１には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００６１】
次に、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁層１２１を残存させつつ、第１ポリマー部１１６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１１６ａの除去後、第１ポリマー部１１６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するシリンダー状のホール部１２２が形成される。第１ポリマー部１１６ａは、例えば、酸素プラズマによるドライエッチングにより除去することができる。
【００６２】
次に、図２５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１２２を埋め込むように導電膜１２３を形成する。導電膜１２３は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００６３】
次に、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１２２以外の導電膜１２３を除去する。例えば、絶縁層１２１をストッパとしたＣＭＰ処理によって、ホール部１２２以外の導電膜１２３を除去できる。ホール部１２２に埋め込まれた導電膜１２３は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。
【００６４】
本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光及び／又はエバネッセント光を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、自己組織化相１１６を所望の位置に形成できる。このことにより、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトが得られる。
【００６５】
（第５の実施形態）上記第１の実施形態では、配線層１０２及び絶縁層１０３の直上に、すなわち配線層１０２及び絶縁層１０３の上に直接、下地層１０４を形成していたが、配線層１０２及び絶縁層１０３と下地層１０４との間に絶縁層をさらに形成するようにしてもよい。
【００６６】
本実施形態によるパターン形成方法を図２７〜図３５を用いて説明する。図２７〜図３５において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、上記第１の実施形態と同様の部分については、同じ参照番号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
まず、図２７（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体基板１０１上に複数の配線層１０２及び絶縁層１０３を形成する。配線層１０２は所定方向（図２７（ｂ）の上下方向）に沿ったラインアンドスペースパターンをなしており、スペース部（配線層１０２の間の部分）には絶縁層１０３が設けられている。
【００６８】
そして、配線層１０２及び絶縁層１０３上に絶縁層１３０を形成する。絶縁層１３０には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００６９】
次に、図２８（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁層１３０上に、下地層１０４を形成する。
【００７０】
次に、図２９（ａ）〜（ｃ）に示すように、遮光マスク（図示せず）を用いて下地層１０４の所定領域Ｒ１を露光する。下地層１０４に照射された光は、下地層１０４の下の配線層１０２及び絶縁層１０３で反射する。配線層１０２における光の反射率は、絶縁層１０３における光の反射率よりも高い。そのため、所定領域Ｒ１内の下地層１０４のうち、配線層１０２の上方部分１０４ａの方が、絶縁層１０３の上方部分１０４ｂよりも感光率が高くなる。従って、所定領域Ｒ１の露光により、下地層１０４は、所定領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａの表面状態が変化し、所定領域Ｒ１内における絶縁層１０３の上方部分１０４ｂ及び未露光部（所定領域Ｒ１以外の部分）１０４ｃは表面状態が変化しないか又は表面状態の変化が小さい。
【００７１】
このように、図２９（ａ）〜（ｃ）に示す工程では、露光により、下地層１０４のうち、所定領域Ｒ１内における配線層１０２の上方部分１０４ａの表面状態を変化させる。露光処理後の下地層１０４は、後の工程で形成されるブロックポリマーがミクロ相分離する際に、ミクロ相分離パターンの形成位置を制御する化学ガイド層としての機能を有する。
【００７２】
次に、図３０（ａ）〜（ｃ）に示すように、下地層１０４上に、ブロックポリマーを塗布してブロックポリマー層１０５を形成する。塗布するブロックポリマーは、例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを用いる。ジブロックコポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用することができる。
【００７３】
次に、図３１（ａ）〜（ｃ）に示すように、加熱処理等を行って、ブロックポリマー層１０５において、ミクロ相分離による自己組織化相１０６を形成する。自己組織化相１０６は、第１ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第１ポリマー部１０６ａと第２ポリマーブロック鎖を含む薄板状の第２ポリマー部１０６ｂとが交互に配置されたラメラ状となる。このラメラ状の自己組織化相１０６は、露光により表面状態が変化した部分１０４ａと、表面状態が変化していない部分とを有する下地層１０４が化学ガイド層となることにより形成される。化学ガイド層のない領域（図３１（ｂ）の上端部及び下端部）では、ミクロ相分離が発生せず、自己組織化相１０６は形成されず、無秩序化相のままである。
【００７４】
塗布されるジブロックコポリマーの第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の平均分子量は、第１ポリマー部１０６ａが下地層１０４のうち露光により表面状態が変化した部分１０４ａの上に形成されるような値になっているものとする。また、第１ポリマー部１０６ａが第２ポリマー部１０６ｂよりもエッチング耐性が低くなるようにする。
【００７５】
次に、図３２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ポリマー部１０６ｂ及びブロックポリマー層（無秩序化相）１０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部１０６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１０６ａの除去後、第１ポリマー部１０６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）及び絶縁層１３０も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するホール部１３７が形成される。
【００７６】
次に、図３３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地層１０４を除去する。これにより、絶縁層１３０の表面が露出される。
【００７７】
次に、図３４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１３７を埋め込むように導電膜１３８を形成する。導電膜１３８は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００７８】
次に、図３５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１３７以外の導電膜１３８を除去する。ホール部１３７に埋め込まれた導電膜１３８は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。本実施形態における絶縁層１３０は、上記第１の実施形態における絶縁層１０９に対応したものであることがわかる。
【００７９】
このように、本実施形態では、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光等を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、所望の自己組織化相１０６を形成し、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトを得ることができる。
【００８０】
（第６の実施形態）上記第５の実施形態では、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離により、ラメラ状の自己組織化相１０６を形成していたが、シリンダー状の自己組織化相が形成されてもよい。自己組織化相の周期構造の形状は、ジブロックコポリマーに含まれる第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖の組成比を変えることなどにより、変更することができる。
【００８１】
本実施形態によるパターン形成方法を図３６〜図４０を用いて説明する。図３６〜図４０において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００８２】
ブロックポリマー層１０５を形成する工程までは、上記第５の実施形態（図２７〜図３０参照）と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
ブロックポリマー層１０５の形成後、図３６（ａ）〜（ｃ）に示すように、加熱処理等を行ってブロックポリマー層１０５において、ミクロ相分離による自己組織化相１１６を形成する。自己組織化相１１６は、第１ポリマーブロック鎖を含むシリンダー状の第１ポリマー部１１６ａと第２ポリマーブロック鎖を含み、第１ポリマー部１１６ａを取り囲むように形成された第２ポリマー部１１６ｂとを有している。この自己組織化相１１６は、露光により表面状態が変化した部分１０４ａを含む下地層１０４が化学ガイド層となることにより形成される。自己組織化相１１６は、所定領域Ｒ１の下地層１０４のうち、露光により表面状態が変化した部分１０４ａの上に形成される。また、化学ガイド層のない領域（表面状態が変化していない下地層１０４の上方領域）では、ミクロ相分離が発生せず、自己組織化相１１６は形成されない。なお、第１ポリマー部１１６ａは、第２ポリマー部１１６ｂ及びミクロ相分離が起きていないブロックポリマー層（無秩序化相）１０５よりもエッチング耐性が低いものであるとする。
【００８４】
次に、図３７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ポリマー部１１６ｂ及びブロックポリマー層（無秩序化相）１０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部１１６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部１１６ａの除去後、第１ポリマー部１１６ａの下方に位置していた下地層１０４（１０４ａ）及び絶縁層１３０も除去する。これにより、配線層１０２の上面を露出するホール部１４７が形成される。例えば、酸素プラズマによるドライエッチングを用いて、第１ポリマー部１１６ａを選択的に除去できる。
【００８５】
次に、図３８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブロックポリマー層１０５、第２ポリマー部１０６ｂ、及び下地層１０４を除去する。これにより、ホール部１４７が形成されている絶縁層１３０の表面が露出される。
【００８６】
次に、図３９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１４７を埋め込むように導電膜１４８を形成する。導電膜１４８は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【００８７】
次に、図４０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部１４７以外の導電膜１４８を除去する。ホール部１４７に埋め込まれた導電膜１４８は、配線層１０２に対するコンタクトとなる。
【００８８】
本実施形態では、上記第５の実施形態と同様に、下地層１０４の露光を行う際に、配線層１０２からの反射光等を利用して、配線層１０２の上方部分に位置する下地層１０４の表面状態を変化させる。すなわち、ブロックポリマー層１０５のミクロ相分離の化学ガイド層のパターンを、配線層１０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、化学ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、自己組織化相１１６を所望の位置に形成できる。このことにより、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトが得られる。
【００８９】
（第７の実施形態）上記第１〜第６の実施形態は、化学ガイド層を自己整合的に形成していたが、物理ガイド層を形成することもできる。物理ガイド層を含むパターンの形成方法を図４１〜図５０を用いて説明する。図４１〜図５０において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００９０】
まず、図４１（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体基板２０１上に複数の配線層２０２を形成する。配線層２０２は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン、又はこれらの合金を有する金属層である。配線層２０２は所定方向（図４１（ｂ）の上下方向）に沿ったラインアンドスペースパターンをなしており、スペース部（配線層２０２の間の部分）には絶縁層２０３が形成されている。絶縁層２０３は例えばＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。また、絶縁層２０３に塗布型ＳＯＧ（Spin on Glass）を用いることができる。
【００９１】
そして、配線層２０２及び絶縁層２０３上に絶縁層２３０を形成する。絶縁層２３０には、例えば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ポーラスシリカ等の多孔質系のシリコン系材料を用いることができる。
【００９２】
次に、図４２（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線層２０２及び絶縁層２０３上に、下地ガイド層２０４を形成する。下地ガイド層２０４は、例えばポジ型フォトレジスト膜である。
【００９３】
次に、図４３（ａ）〜（ｃ）に示すように、遮光マスク（図示せず）を用いて下地ガイド層２０４の所定領域Ｒ２を露光する。照射する光は、下地ガイド層２０４が感光する波長の光である。所定領域Ｒ２は、配線層２０２に対するコンタクトを形成する領域を含んでいる。
【００９４】
下地ガイド層２０４に照射された光は、下地ガイド層２０４の下方の配線層２０２及び絶縁層２０３で反射する。配線層２０２における光の反射率は、絶縁層２０３における光の反射率よりも高い。そのため、所定領域Ｒ２内の下地ガイド層２０４のうち、配線層２０２の上方部分２０４ａの方が、絶縁層２０３の上方部分２０４ｂよりも感光率が高くなる。従って、所定領域Ｒ２の露光により、下地ガイド層２０４は、所定領域Ｒ２内における配線層２０２の上方部分２０４ａが現像液に可溶となる。なお、露光処理の前後に、必要に応じてベーク処理を行ってもよい。
【００９５】
次に、図４４（ａ）〜（ｃ）に示すように、現像処理を行い、下地ガイド層２０４のうち、所定領域Ｒ２内における配線層２０２の上方部分２０４ａを除去する。これにより、絶縁層２３０の上面を露出するホール部２０７が形成される。
【００９６】
現像液には、２．３８％ＴＭＡＨ水溶液を用いることができる。また、ＴＢＡＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ水溶液を用いることもできる。さらに、現像液は、界面活性剤等の添加剤を含有していてもよい。
【００９７】
また、現像処理後、下地ガイド層２０４に対して、後述するブロックポリマーを含む溶液に対する不溶化処理を施してもよい。不溶化処理は、例えば、ＥＢキュア、ＵＶキュア、ハードベーク、保護膜塗布である。ＥＢキュア、ＵＶキュア、ハードベークは、レジスト中の保護基の分解による体積収縮や、ガラス転移点温度を超すことによって、ホール部２０７が変形する場合がある。そのため、不溶化処理としては、適切な保護膜を塗布することが好ましい。保護膜は、レジストが不溶である溶剤に、後述するブロックポリマーを含む溶液の溶媒に不溶となる樹脂を溶解したものを塗布することで形成できる。例えば、ブロックポリマーを含む溶液の溶媒がシクロヘキサノンである場合、熱架橋性のポリマーを、レジストが不溶である４メチル−２ペンタノールなどの高級アルコールに溶解した溶液を用いることで保護膜を形成できる。
【００９８】
次に、図４５（ａ）〜（ｃ）に示すように、下地ガイド層２０４上に、ホール部２０７を埋め込むようにブロックポリマーを塗布してブロックポリマー層２０５を形成する。塗布するブロックポリマーは、例えば、第１ポリマーブロック鎖及び第２ポリマーブロック鎖が結合したジブロックコポリマーを用いる。ジブロックコポリマーとしては、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体を使用することができる。
【００９９】
次に、図４６（ａ）〜（ｃ）に示すように、加熱処理等を行って、ホール部２０７において、ブロックポリマー層２０５のミクロ相分離により、自己組織化相２１６を形成する。自己組織化相２１６は、第１ポリマーブロック鎖を含むシリンダー状の第１ポリマー部２１６ａと第２ポリマーブロック鎖を含み、第１ポリマー部２１６ａを取り囲むように形成された第２ポリマー部２１６ｂとを有している。ホール部２０７が形成された下地ガイド層２０４は、ブロックポリマー層２０５のミクロ相分離の物理ガイド層として機能する。
【０１００】
なお、第１ポリマー部２１６ａは第２ポリマー部２１６ｂよりもエッチング耐性が低いものとする。
【０１０１】
次に、図４７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２ポリマー部２１６ｂ及びブロックポリマー層（無秩序化相）２０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部２１６ａを選択的に除去する。第１ポリマー部２１６ａの除去後、第１ポリマー部２１６ａの下方に位置していた絶縁層２３０も除去する。これにより、配線層２０２の上面を露出するホール部２１７が形成される。
【０１０２】
次に、図４８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブロックポリマー層２０５、第２ポリマー部２０６ｂ、及び下地ガイド層２０４を除去する。これにより、ホール部２１７の形成された絶縁層２３０の表面が露出される。
【０１０３】
次に、図４９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部２１７を埋め込むように導電膜２１８を形成する。導電膜２１８は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、チタン等を用いることができる。
【０１０４】
次に、図５０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホール部２１７以外の導電膜２１８を除去する。ホール部２１７に埋め込まれた導電膜２１８は、配線層２０２に対するコンタクトとなる。
【０１０５】
本実施形態では、下地ガイド層２０４の露光を行う際に、配線層２０２からの反射光を利用して、配線層２０２の上方部分に位置する下地ガイド層２０４の感光率を高め、現像処理により、配線層２０２の上方部分にホール部２０７を形成できる。すなわち、ブロックポリマー層２０５のミクロ相分離の物理ガイド層のパターンを、配線層２０２に対して自己整合的に形成できる。そのため、物理ガイド層の位置及び大きさの精度を高めることができ、自己組織化相２１６を所望の位置に形成できる。このことにより、位置及び大きさの精度の高い配線コンタクトが得られる。
【０１０６】
なお、上記第７の実施形態において、絶縁層２３０を省略し、下地ガイド層２０４を配線層２０２及び絶縁層２０３の直上に形成してもよい。その場合、第２ポリマー部２１６ｂ及びブロックポリマー層２０５を残存させつつ、エッチング耐性の低い第１ポリマー部２１６ａを選択的に除去してホール部を形成した後、ホール部に導電膜を埋め込み、配線層２０２に対するコンタクトを形成する。その後、導電膜を残存させつつ、第２ポリマー部２１６ｂ、ブロックポリマー層２０５、及び下地ガイド層２０４を除去する。そして、導電膜を覆うように絶縁層を形成する。
【０１０７】
また、上記第７の実施形態において、絶縁層２３０を省略し、下地ガイド層２０４を配線層２０２及び絶縁層２０３の直上に形成し、かつ第１ポリマー部１１６ａをエッチング耐性の高いものとしてもよい。その場合、自己組織化相１１６の形成後、第１ポリマー部１１６ａを残存させつつ、第２ポリマー部２１６ｂ、ブロックポリマー層（無秩序化相）２０５、及び下地ガイド層２０４を除去する。そして、第１ポリマー部１１６ａの周囲を覆うように絶縁層を形成し、その後、この絶縁層を残存させつつ、第１ポリマー部２１６ａを選択的に除去してホール部を形成する。そして、このホール部に導電膜を埋め込み、配線層２０２に対するコンタクトを形成する。
【０１０８】
また、上記第７の実施形態において、絶縁層２３０を省略し、下地ガイド層２０４の材料として感光性絶縁膜を用い、かつブロックポリマー層２０５の材料として、シリンダー状の有機相と有機相を取り囲む絶縁相とを有するような自己組織化相２１６が形成される材料を用いてもよい。感光性絶縁膜としては、例えば感光性Ｌｏｗ−ｋ膜を用いることができる。また、ブロックポリマー層２０５の材料としては、例えば、ＰＳ−ＰＤＭＳジブロックコポリマーとＰＤＭＳポリマーとの混合物、ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーとＰＥＯポリマーとの混合物など、有機のブロックポリマーと、シロキサン構造などからなるシリコンを含むブロックポリマーとから構成される材料を用いることができる。自己組織化相のうち、シリコンを含む相が絶縁性を示す。また、ミクロ相分離が起きない無秩序相も絶縁性を示す。上述の材料では、ＰＳ相がシリンダー相を形成することから、ＰＤＭＳあるいはＰＥＯのブロックポリマー（およびポリマー添加物）の方が、ＰＳブロックポリマーよりもモノマ数が多い材料とする。有機相であるＰＳ相は、ＰＥＯやＰＤＭＳと比較して、エッチング耐性が低い。
【０１０９】
下地ガイド層２０４、ブロックポリマー層２０５にこのような材料を用いることで、下地ガイド層２０４、ブロックポリマー層２０５、第２ポリマー部２１６ｂが絶縁層となるため、第１ポリマー部１１６ａを除去してホール部を形成し、このホール部に導電膜を埋め込んで配線層２０２に対するコンタクトを形成した後に、下地ガイド層２０４、ブロックポリマー層２０５、第２ポリマー部２１６ｂの除去を行う必要がない。従って、工程数を削減することができる。
【０１１０】
また、上記第７の実施形態では、シリンダー形状の自己組織化相を形成していたが、ラメラ状の自己組織化相が形成されてもよい。
【０１１１】
上記第１〜第７の実施形態では、配線層１０２、２０２に対するコンタクトを形成していたが、配線以外の金属膜に対するコンタクトを形成するものにも適用可能である。
【０１１２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１０１  半導体基板
１０２  配線層
１０３  絶縁層
１０４  下地層
１０５  ブロックポリマー層
１０６  自己組織化相
１０７  ホール部
１０８  導電膜
１０９  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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